貫入法檢測石灰砂漿抗壓強(qiáng)度方法研究

■ 趙福志 Zhao Fuzhi 李占鴻 Li Zhanhong 周 云 Zhou Yun

1 概述

上海地區(qū)存在大量的優(yōu)秀歷史建筑需要進(jìn)行安全檢測。其中，很大一部分為磚木結(jié)構(gòu)，承重墻為磚砌塊和石灰砂漿構(gòu)成。安全檢測需要對砌體的抗壓強(qiáng)度做出評定，目前，主要有直接法和間接法兩種。由于直接法屬于破損性檢測方法，故間接法中采用的回彈、貫入等無損檢測方法更適合在優(yōu)秀歷史建筑中使用。

檢測時，可以根據(jù)《砌體工程現(xiàn)場檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50315—2011）的要求，采用回彈法檢測砌體中黏土磚的抗壓強(qiáng)度；根據(jù)《貫入法檢測砌筑砂漿抗壓強(qiáng)度技術(shù)規(guī)程》（JGJ/T 136—2001）的要求采用貫入法檢測砌筑砂漿的抗壓強(qiáng)度，進(jìn)而推定出砌體抗壓強(qiáng)度；但現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的貫入曲線只適用于水泥砂漿和水泥混合砂漿，尚無針對石灰砂漿的貫入曲線，故無法應(yīng)用貫入法對石灰砂漿抗壓強(qiáng)度進(jìn)行檢測。

本次研究以現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中貫入曲線制作方法為基礎(chǔ)[2]，對石灰砂漿貫入曲線的制作方法進(jìn)行探討，并對貫入法與經(jīng)驗(yàn)方法在準(zhǔn)確性方面進(jìn)行比較。

2 貫入曲線制作方法研究

本次試驗(yàn)分兩個階段進(jìn)行。第一階段探索試塊制作方法，并為曲線制作準(zhǔn)備長齡期試塊，配比采用體積比1∶1、1∶2、1∶3；每種配比齡期采用28d、180d，共6組試塊，每組12塊，采用標(biāo)準(zhǔn)砂和熟石灰制作。第二階段探索貫入曲線的制作方法，新增4種體積比配比,分別為1∶1.13、1∶2.26、1∶3、1∶4的試塊；每種配比齡期分為28d、90d、180d，共分12組，每組12塊，其中，抗壓和貫入各6塊，采用細(xì)度模數(shù) 1.8的細(xì)砂和熟石灰制作。結(jié)合第一批長齡期試塊，共同制作貫入曲線。

因第一階段低齡期試塊開裂較多，剩余試塊被用于第二階段180d以上的長齡期試塊性能研究。

2.1 試塊制作方法研究

為了獲得可供制作貫入曲線的試塊性能，本次研究對配比、砂的粒徑、齡期對石灰砂漿試塊的抗裂性、抗壓強(qiáng)度的影響進(jìn)行了研究，以確定最佳的試塊制作方法。

2.1.1 配比、齡期對抗裂性的影響

由于試塊在貫入中普遍出現(xiàn)開裂的情況，對貫入結(jié)果造成了較大影響，本次研究對不同齡期、配比試塊的開裂情況進(jìn)行了統(tǒng)計。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，配比在1∶1的情況下，在各齡期階段，開裂試塊均明顯少于其他配比。可見，較高的石灰摻量對減少試塊貫入開裂有一定作用。

另外，當(dāng)齡期達(dá)到230d以上時，配比只有1∶3、1∶4的試塊，也沒有在貫入時出現(xiàn)開裂，可見長齡期對抗裂性提高同樣有明顯作用（表1）。

表1 配比、齡期對試塊貫入抗裂性的影響

表2 配比對試塊抗壓強(qiáng)度的影響

2.1.2 配比對抗壓強(qiáng)度的影響

對不同配比試塊的抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，齡期低于90d時，抗壓強(qiáng)度隨配比增加的現(xiàn)象并不明顯；當(dāng)齡期達(dá)到180d之后，兩者表現(xiàn)為正相關(guān)關(guān)系（表2）。

2.1.3 砂的細(xì)度模數(shù)對抗壓強(qiáng)度的影響

對標(biāo)準(zhǔn)砂、細(xì)砂試塊的抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，采用細(xì)砂制作的試塊抗壓強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)砂，在齡期較長時趨勢更明顯。如表3中，細(xì)沙試塊的齡期雖然只有238d，但強(qiáng)度已明顯高于齡期高達(dá)308d的同配比標(biāo)準(zhǔn)砂試塊。

2.1.4 齡期對抗壓強(qiáng)度的影響

對不同齡期試塊的抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，齡期對石灰砂漿試塊抗壓強(qiáng)度的提高有著顯著影響。230d以上齡期試塊的抗壓強(qiáng)度是28d的2.5～3.9倍（表4）。由此可以推測，石灰砂漿完全硬化的齡期至少在230d以上。

2.1.5 貫入曲線制作用試塊要求

根據(jù)上述數(shù)據(jù)，以行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)貫入曲線制作方法為基礎(chǔ)，結(jié)合本次研究經(jīng)驗(yàn)，對制作石灰砂漿貫入曲線的試塊制作方法做出如下修正。

表3 砂的細(xì)度模數(shù)對抗壓強(qiáng)度的影響

表4 齡期對石灰砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

（1）配比可采用體積比1∶1、1∶2兩種，齡期不少于230d，降低貫入開裂的可能性。

（2）采用不同齡期試塊調(diào)節(jié)抗壓強(qiáng)度和貫入深度，以獲得較大范圍的貫入曲線。

（3）考慮到石灰砂漿硬化速度很慢，為保證試塊質(zhì)量，將拆模齡期確定為14d，以減小養(yǎng)護(hù)期試塊變形。

2.2 貫入曲線的選用

將每組12塊試塊（6塊抗壓，6塊貫入）制作石灰砂漿貫入曲線。由于貫入過程中，試塊出現(xiàn)了較多的開裂，對貫入數(shù)值的可信度產(chǎn)生了較明顯的影響。本次研究分3種情況進(jìn)行了曲線分析。

2.2.1 全部數(shù)據(jù)制作的曲線

不考慮開裂對試驗(yàn)的影響，用全部數(shù)據(jù)制作曲線y=5.0934x-0.817，相關(guān)系數(shù)為0.85，最大相對偏差56.76%（表5、圖1）。

2.2.2 去掉明顯離群值制作的貫入曲線

將全部數(shù)據(jù)中，去掉相對偏差絕對值＞12.50%的部分制作曲線y=7.3188x-0.958，相關(guān)系數(shù)為0.99，相對偏差為-12.50%（表6、圖2）。

2.2.3 較可靠數(shù)據(jù)制作的曲線

選取同組貫入時開裂較少或未開裂的數(shù)據(jù)作為較可靠數(shù)據(jù)，制作貫入曲線y=11.106x-1.276。相關(guān)系數(shù)為0.87，最大相對偏差為30.97%（表7、圖3）。

表5 全部貫入制作的數(shù)據(jù)

根據(jù)現(xiàn)場石灰砂漿貫入檢測經(jīng)驗(yàn)，貫入時，通常不會產(chǎn)生砂漿開裂，且貫入深度一般在7mm以下，故較可靠數(shù)據(jù)制作的貫入曲線更接近實(shí)際。

圖1 全部數(shù)據(jù)制作的貫入曲線

表6 去掉明顯離群值的數(shù)據(jù)

圖2 去掉明顯離群值的貫入曲線

表7 較可靠數(shù)據(jù)

圖3 較可靠數(shù)據(jù)貫入曲線

3 貫入法與經(jīng)驗(yàn)方法的對比

3.1 與直接選取0.4MPa的方法對比

由獲取的長齡期試塊抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)可知，砌筑質(zhì)量較好的石灰砂漿，齡期超過180d時，抗壓強(qiáng)度均在0.9MPa以上，高配比時甚至可以達(dá)到2MPa以上。因此，以0.4MPa估算石灰砂漿強(qiáng)度過于保守。

3.2 與0.8倍水泥混合砂漿貫入曲線對比

根據(jù)兩者貫入曲線的數(shù)據(jù)對比，僅在貫入值為10mm以上時，石灰砂漿與水泥混合砂漿貫入曲線才比較接近，而實(shí)測貫入值普遍在7mm以下。在這一范圍內(nèi)，兩者相對偏差均在80%以上，若采用經(jīng)驗(yàn)方法，取值會過高（表8、圖4）。

4 結(jié)語

綜上所述，我們可以得出以下結(jié)論。

（1）在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中貫入曲線制作方法的基礎(chǔ)上，通過修正試塊配比、拆模齡期和貫入抗壓齡期，可以制作出具有實(shí)用價值的貫入曲線。

表8 石灰砂漿與0.8倍水泥混合砂漿貫入數(shù)據(jù)

圖4 石灰砂漿與0.8倍水泥混合砂漿貫入曲線

（2）相比目前的經(jīng)驗(yàn)方法，通過貫入法檢測石灰砂漿抗壓強(qiáng)度的方法，其檢測結(jié)果與石灰砂漿的實(shí)際強(qiáng)度更加符合。